Жогорку кубаттуулуктагы импульстук магнетрондук чачыратуу принциби №1
Жогорку кубаттуулуктагы импульстуу магнетрондук чачыратуу ыкмасы металлдын жогорку диссоциация ылдамдыгына (>50%) жетүү үчүн жогорку чоку импульстук кубаттуулукту (кадимки магнетрондук чачыратуудан 2-3 эсе жогору) жана төмөнкү импульстук жумуш циклин (0,5%-10%) колдонот, бул магнетрондук чачыратуу мүнөздөмөлөрүнөн келип чыгат, 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, мында чоку максаттуу токтун тыгыздыгы I разряддоо чыңалуусунун U экспоненциалдык n-кубатына пропорционалдуу, I = kUn (n катоддун түзүлүшүнө, магнит талаасына жана материалына байланыштуу туруктуу). Төмөнкү кубаттуулук тыгыздыгында (төмөнкү чыңалууда) n мааниси адатта 5тен 15ке чейинки диапазондо болот; разряддоо чыңалуусунун жогорулашы менен токтун тыгыздыгы жана кубаттуулуктун тыгыздыгы тездик менен жогорулайт, ал эми жогорку чыңалууда магнит талаасынын чектөөсүнүн жоголушунан улам n мааниси 1ге айланат. Эгерде төмөнкү кубаттуулук тыгыздыгында газ разряддоосу кадимки импульстуу разряддоо режиминдеги газ иондору менен аныкталат; Эгерде жогорку кубаттуулук тыгыздыгында плазмадагы металл иондорунун үлүшү көбөйүп, кээ бир материалдар өзгөрсө, башкача айтканда, өзүн-өзү чачыратуу режиминде болот, б.а. плазма чачыраган нейтралдуу бөлүкчөлөрдүн жана экинчилик металл иондорунун иондоштуруусу менен кармалып турат, ал эми Ar сыяктуу инерттүү газ атомдору плазманы тутандыруу үчүн гана колдонулат, андан кийин чачыраган металл бөлүкчөлөрү бутага жакын иондоштурулат жана жогорку ток разрядын сактоо үчүн магнит жана электр талааларынын таасири астында чачыраган бутага бомбалоо үчүн кайра ылдамдатылат, ал эми плазма жогорку иондоштурулган металл бөлүкчөлөрүнөн турат. Бутага ысытуу таасиринин чачыратуу процессинен улам, өнөр жайлык колдонмолордо бутага туруктуу иштешин камсыз кылуу үчүн, бутага түздөн-түз колдонулган кубаттуулуктун тыгыздыгы өтө чоң болбошу керек, жалпысынан түздөн-түз суу менен муздатуу жана бута материалынын жылуулук өткөрүмдүүлүгү 25 Вт/см2 төмөн болушу керек, кыйыр суу менен муздатуу, бута материалынын жылуулук өткөрүмдүүлүгү начар, термикалык стресстен улам фрагментациядан улам пайда болгон бута материалынын же бута материалынын учма эритме компоненттеринин аз болушу жана кубаттуулуктун тыгыздыгынын башка учурлары 2 ~ 15 Вт/см2 төмөн болушу мүмкүн, бул жогорку кубаттуулуктун тыгыздыгынын талаптарынан бир топ төмөн. Бутанын ысып кетүү көйгөйүн өтө кууш жогорку кубаттуулук импульстарын колдонуу менен чечүүгө болот. Андерс жогорку кубаттуулуктагы импульстук магнетрондук чачыратуу импульстук чачыратуу катары аныктайт, мында чоку кубаттуулуктун тыгыздыгы орточо кубаттуулуктун тыгыздыгынан 2ден 3кө чейин ашып түшөт жана бута ионунун чачыратуу чачыратуу процессинде үстөмдүк кылат жана бутага чачыратуу атомдору жогорку деңгээлде диссоциацияланат.
№2 Жогорку кубаттуулуктагы импульстук магнетрондук чачыратуу каптоосунун мүнөздөмөлөрү
Жогорку кубаттуулуктагы импульстуу магнетрондук чачыратуу жогорку диссоциация ылдамдыгы жана жогорку ион энергиясы менен плазманы пайда кыла алат жана заряддалган иондорду тездетүү үчүн бир тараптуу басым жасай алат, ал эми каптоо процесси IPVD технологиясынын типтүү түрү болгон жогорку энергиялуу бөлүкчөлөр менен бомбаланат. Ион энергиясы жана бөлүштүрүлүшү каптоонун сапатына жана иштешине абдан маанилүү таасирин тийгизет.
IPVD жөнүндө, белгилүү Тортон структуралык аймак моделине негизделген, Андерс плазмалык чөкмөнү жана иондук оюмду камтыган структуралык аймак моделин сунуштаган, каптаманын түзүлүшү менен температуранын жана Тортон структуралык аймак моделиндеги аба басымынын ортосундагы байланышты каптаманын түзүлүшү, температура жана ион энергиясынын ортосундагы байланышка чейин кеңейткен, 2-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. Төмөн энергиялуу иондук чөкмөнү каптоодо каптаманын түзүлүшү Тортон структурасынын зоналык моделине дал келет. Чөкмө температурасынын жогорулашы менен 1-аймактан (бош тешиктүү була кристаллдары) Т аймагына (тыгыз була кристаллдары), 2-аймакка (мамычалуу кристаллдар) жана 3-аймакка (кайра кристаллдашуу аймагы) өтүү башталат; чөкмө ион энергиясынын жогорулашы менен 1-аймактан Т аймагына, 2-аймакка жана 3-аймакка өтүү температурасы төмөндөйт. Жогорку тыгыздыктагы була кристаллдарын жана мамычалуу кристаллдарды төмөнкү температурада даярдоого болот. Чөкмө иондордун энергиясы 1-10 эВ тартибине чейин жогорулаганда, чөкмө каптамалардын бетинде иондордун бомбаланышы жана оюлушу күчөйт жана каптамалардын калыңдыгы жогорулайт.
№3 Жогорку кубаттуулуктагы импульстук магнетрондук чачыратуу технологиясы менен катуу каптоо катмарын даярдоо
Жогорку кубаттуулуктагы импульстук магнетрондук чачыратуу технологиясы менен даярдалган каптоо тыгызыраак, механикалык касиеттери жакшыраак жана жогорку температурадагы туруктуулукка ээ. 3-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, кадимки магнетрондук чачыратуу менен TiAlN каптоосу 30 ГПа катуулугу жана 460 ГПа Янг модулу бар мамыча сымал кристаллдык түзүлүш болуп саналат; HIPIMS-TiAlN каптоосу 34 ГПа катуулугун, ал эми Янг модулу 377 ГПа түзөт; катуулук менен Янг модулунун катышы каптоонун бышыктыгынын көрсөткүчү болуп саналат. Катуулугу жогору жана Янг модулу кичине болсо, жакшыраак бышыктык болот. HIPIMS-TiAlN каптоосу жогорку температурадагы туруктуулукту жогорулатат, 1000 °C температурада 4 саат бою жогорку температурада күйгүзүүдөн кийин кадимки TiAlN каптоосунда AlN алты бурчтуу фазасы чөкмөгө түшөт. Каптоонун катуулугу жогорку температурада төмөндөйт, ал эми HIPIMS-TiAlN каптоосу ошол эле температурада жана убакытта жылуулук менен иштетилгенден кийин өзгөрүүсүз калат. HIPIMS-TiAlN каптоосу кадимки каптоого караганда жогорку температурадагы кычкылдануунун башталыш температурасына ээ. Ошондуктан, HIPIMS-TiAlN каптоосу PVD процесси менен даярдалган башка капталган шаймандарга караганда жогорку ылдамдыктагы кесүүчү шаймандарда алда канча жакшы көрсөткүчтөрдү көрсөтөт.
Жарыяланган убактысы: 2022-жылдын 8-ноябры